一种新型音叉晶体振荡片及其制造方法和压电器件技术

本发明专利技术提供了一种新型音叉晶体振荡片及其制造方法和压电器件，解决了现有技术中的音叉晶体振荡片具有高阻抗的缺陷，而阻抗过大会影响压电器件的Q值，进而影响频率的精度和增大能耗的技术问题。所述具有基部和从基部延伸出的一对振动臂（1），其特征在于，所述振动臂（1）的正面和反面沿着厚度方向均具有光刻腐蚀形成的台阶状沉槽，所述台阶状沉槽沿着振动臂（1）的长度方向光刻腐蚀；所述台阶状沉槽具有n级台阶，n级台阶是通过n次光刻腐蚀形成；其中，n为自然数，且n≥2；所述台阶状沉槽的外表面上均镀有电极。本发明专利技术制造的压电振荡片，具有低阻抗、频率精度高和能耗小的优势。频率精度高和能耗小的优势。频率精度高和能耗小的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种新型音叉晶体振荡片及其制造方法和压电器件


[0001]本专利技术涉及压电器件领域，具体涉及一种新型音叉晶体振荡片及其制造方法和压电器件。

技术介绍

[0002]石英音叉晶体谐振器是利用压电石英晶体的逆压电效应，在电场的驱动下产生高精度振荡频率的一种电子元件。该石英音叉晶体谐振器主要由音叉晶体振荡片、基座、外壳、银胶等成分组成。目前电子信息应用的音叉频率为32.768KHz，经过15次分频后产生标准1秒钟脉冲信号，用于电子系统时钟计时，是电子系统重要的时钟单元模块。石英音叉晶体谐振器被广泛应用于手机、电脑、、无线耳机、智能手环、智能家电、健康医疗器件、手表、钟表中。随着通讯终端电子产品的小型化，超薄型，特别是智能穿戴电子产品对线路安装空间的严格要求，电子器件也要求小尺寸，微型化。作为电子产品中时钟信号产生的音叉型石英晶体谐振器，封装尺寸也逐步减小，这同时意味着石英晶体谐振器中的音叉晶体振荡片的尺寸也越来越小。
[0003]在设计小型音叉型振荡器时，为使其能容纳在封装基座中，需要减小尺寸，目前采用的是在振动臂上开设凹槽的形式，如图1所示结构，通过在凹槽中构成电极，来增加电极面积，提高电场效率，从而降低电阻值。同时，由于小型化音叉晶体谐振器随着尺寸的减小传统机械加工难以满足要求，目前小型化贴片式SMD型音叉晶体谐振器里的核心部件—石英音叉振荡片的加工都是采用光刻腐蚀工艺(简称蚀刻工艺)进行加工。
[0004]由于压电石英晶体采用的是各向异性材料，石英晶体蚀刻过程沿石英晶体不同轴向腐蚀速率不同，因此导致音叉臂上的沟槽腐蚀断面图如图2(a)所示；在图2(a)所示的情况下其电场分布和振动分析如图2(b)所示。传统设计音叉振臂四面需要镀上电极，其中，上、下表面电极施加正电场，侧面电极施加负电场，其电场分布如图3所示。上述图3所示的电场分布，其振动臂的受力分析如图4所示；从图4所示，其中T1代表X方向的受力，T2代表Y方向的受力，T4代表XZ方向剪切力。由于z切的石英晶体产生T1和T2的压电系数d11和d12为2.31e
‑
12N/C,而产生T4应力对应的压电系数d14为7.30e
‑
13N/C，因此T4的受力非常小，往往被忽略。从图4上的受力分析可见，X方向的T1方向相反，力矩为0不产生变形；Z方向的力T4力平衡但是力矩不为0，会产生扭转变形；Y方向的力T2平衡，力矩不为0，不平衡的力矩产生弯曲，因此在电场E1作用下沿X方向产生弯曲变形。基于图4的受力分析原理，对图2进行受力分析如图5所示。从图5所示T
m1
和T
n1
受力不再对称，出现了沿X方向的伸缩振动，如图6所示，单臂T
m2
和T
n2
受力不对称出现了沿Y方向的弯曲振动不对称，此外整个音叉振动臂不但出现了X方向的弯曲还出现了Z方向的扭转分量。此外由于音叉两个振动臂的腐蚀对称性如图2所示，因此由于不对称性受力如图7所示，在X方向电场E1作用下T
m2
大于T
n2
，而T
m2
导致振动臂侧面压缩，T
n2
导致振动臂侧面拉伸，因此两个音叉振动臂发生不对称弯曲，如图7所示。因此这样的结果导致整体音叉的振动阻抗过大，而阻抗过大会影响压电器件的Q值，进而影响频率的精度和增大能耗。
[0005]本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
[0006]现有技术中的音叉晶体振荡片具有高阻抗的缺陷，而阻抗过大会影响压电器件的Q值，进而影响频率的精度和增大能耗。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种新型音叉晶体振荡片及其制造方法和压电器件，以解决现有技术中的音叉晶体振荡片具有高阻抗的缺陷，而阻抗过大会影响压电器件的Q值，进而影响频率的精度和增大能耗的技术问题。本专利技术提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0009]本专利技术提供的一种新型音叉晶体振荡片，具有基部和从基部延伸出的一对振动臂，所述振动臂的正面和反面沿着厚度方向均具有光刻腐蚀形成的台阶状沉槽，所述台阶状沉槽沿着振动臂的长度方向光刻腐蚀；
[0010]所述台阶状沉槽具有n级台阶，n级台阶是通过n次光刻腐蚀形成；其中，n为自然数，且n≥2；
[0011]所述台阶状沉槽的外表面上均镀有电极。
[0012]进一步的，所述台阶状沉槽包括中间台阶和至少一组边缘台阶；所述中间台阶为一个，所述边缘台阶为n
‑
1组，每组边缘台阶均为相同的两个台阶且对称设置于中间台阶的两侧。
[0013]进一步的，所述台阶状沉槽具有一组边缘台阶、两组边缘台阶或三组边缘台阶。
[0014]进一步的，当边缘台阶为一组时，任意一个边缘台阶的宽度W1为台阶总宽度W的5％
‑
40％；任意一个边缘台阶的高度H1与中间台阶的高度H2的比值1:1
‑
1:3；
[0015]当边缘台阶为两组时，两组边缘台阶的宽度相同，且同一侧的两个边缘台阶的宽度之和为台阶总宽度W的28％
‑
32％；两组边缘台阶的高度均与中间台阶的高度相同；
[0016]当边缘台阶为三组时，三组边缘台阶的宽度相同，且同一侧的三个边缘台阶的宽度之和为台阶总宽度W的28％
‑
32％；三组边缘台阶的高度均与中间台阶的高度相同。
[0017]进一步的，所述边缘台阶为一组，且其中一个边缘台阶的宽度W1为台阶总宽度W的10％
‑
30％；边缘台阶的高度H1与中间台阶的高度H2的比值1:1
‑
1:2；
[0018]当边缘台阶为两组时，两组边缘台阶的宽度相同，且同一侧的两个边缘台阶的宽度之和为台阶总宽度W的30％；两组边缘台阶的高度均与中间台阶的高度相同；
[0019]当边缘台阶为三组时，三组边缘台阶的宽度相同，且同一侧的三个边缘台阶的宽度之和为台阶总宽度W的30％；三组边缘台阶的高度均与中间台阶的高度相同。
[0020]本专利技术提供的一种压电器件，包括上述的新型音叉晶体振荡片。
[0021]本专利技术提供的新型音叉晶体振荡片的制造方法，包括下述步骤：
[0022]S1、对石英片叉指正反面镀金属膜；
[0023]S2、进行第一层凹槽的光刻腐蚀
[0024]S21、在镀金属膜的石英片叉指上进行感光性光刻胶材料正反面的涂覆；
[0025]S22、对涂覆了感光性光刻胶材料的石英片在对应进行第一层凹槽光刻腐蚀的位置进行图形曝光显影，将所需图形显露出来；
[0026]S23、使用刻蚀液对显露出来的区域进行金属刻蚀，显露出待腐蚀的石英片表面；
[0027]S24、剥离去除石英片表面的光刻胶；
[0028]S25、利用腐蚀溶液进行腐蚀，将金属刻蚀显露出来的区域向下腐蚀，腐蚀出第一层凹槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型音叉晶体振荡片，具有基部和从基部延伸出的一对振动臂（1），其特征在于，所述振动臂（1）的正面和反面沿着厚度方向均具有光刻腐蚀形成的台阶状沉槽，所述台阶状沉槽沿着振动臂（1）的长度方向光刻腐蚀；所述台阶状沉槽具有n级台阶， n级台阶是通过n次光刻腐蚀形成；其中，n为自然数，且n≥2；所述台阶状沉槽的外表面上均镀有电极。2.根据权利要求1所述的新型音叉晶体振荡片，其特征在于，所述台阶状沉槽包括中间台阶（2）和至少一组边缘台阶（3）；所述中间台阶（2）为一个，所述边缘台阶（3）为n
‑
1组，每组边缘台阶（3）均为相同的两个台阶且对称设置于中间台阶（2）的两侧。3.根据权利要求2所述的新型音叉晶体振荡片，其特征在于，所述台阶状沉槽具有一组边缘台阶（3）、两组边缘台阶（3）或三组边缘台阶（3）。4.根据权利要求2所述的新型音叉晶体振荡片，其特征在于，当边缘台阶（3）为一组时，任意一个边缘台阶（3）的宽度W1为台阶总宽度W的5%
‑
40%；任意一个边缘台阶（3）的高度H1与中间台阶（2）的高度H2的比值1:1
‑
1:3；当边缘台阶（3）为两组时，两组边缘台阶（3）的宽度相同，且同一侧的两个边缘台阶（3）的宽度之和为台阶总宽度W的28%
‑
32%；两组边缘台阶（3）的高度均与中间台阶（2）的高度相同；当边缘台阶（3）为三组时，三组边缘台阶（3）的宽度相同，且同一侧的三个边缘台阶（3）的宽度之和为台阶总宽度W的28%
‑
32%；三组边缘台阶（3）的高度均与中间台阶（2）的高度相同。5.根据权利要求4所述的新型音叉晶体振荡片，其特征在于，当边缘台阶（3）为一组时，且其中一个边缘台阶（3）的宽度W1为台阶总宽度W的10%
‑
30%；边缘台阶（3）的高度H1与中间台阶（2）的高度H2的比值1:1
‑
1:2；当边缘台阶（3）为两组时，两组边缘台阶（3）的宽度相同，且同一侧的两个边缘台阶（3）的宽度之和为台阶总宽度W的30%；两组边缘台阶（3）的高度均与中间台阶（2）的高度相同；当边缘台阶（3）为三组时，三组边缘台阶（3）的宽度相同，且同一侧的三个边缘台阶（3）的宽度之和为台阶总宽度W的30%；三组边缘台阶（3）的高度均与中间台阶（2）的高度相同。6.一种压电器件，其特征在于：包括权利要求1
‑
5中任意一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，叶竹之，刘屿剑，陆旺，李欢，
申请(专利权)人：成都泰美克晶体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：